Lựa chọn các thông số cảnh báo sự cố hệ động lực tàu cá xa bờ

108 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CẢNH BÁO SỰ CỐ 
HỆ ĐỘNG LỰC TÀU CÁ XA BỜ
SELECTION OF INCIDENT ALERT PARAMETERS FOR 
PROPULSION SYSTEM OF OFFSHORE FISHING VESSELS
Phùng Minh Lộc¹, Huỳnh Lê Hồng Thái¹, Hồ Đức Tuấn¹
Ngày nhận bài: 7/11/2017; Ngày phản biện thông qua: 16/2/2018; Ngày duyệt đăng: 29/6/2018
TÓM TẮT
Hệ động lực tàu cá gồm: Động cơ diesel, hộp số và hệ trục chân vịt (Hình 1). Bài báo này trình bày các 
thông số giám sát an toàn của từng phần tử của hệ động lực, từ đó phân tích chọn các thông số phù hợp làm 
cơ sở thiết kế chế tạo thiết bị cảnh báo sự cố hệ động lực tàu cá xa bờ
Từ khóa: Hệ động lực tàu cá, giám sát an toàn kỹ thuật, thông số cảnh báo sự cố.
ABSTRACT
Fishing vessel propulsion system including: diesel engine, gearbox and propeller shaft system. This paper 
presents the safety monitoring parameters of each element of the propulsion system, from which to analyse and 
select suitable parameters as a basis for the design and manufacture of incident alert equipment for propulsion 
system of offshore fi shing vessels.
Keywords: Fishing vessel propulsion system, technical safety monitoring, incident alert parameters
BAØI TRAO ÑOÅI
I. MỞ ĐẦU
Với tàu vận tải biển, việc trang bị hệ thống 
giám sát để cảnh báo sự cố buồng máy là bắt 
buộc theo Quy phạm của Đăng kiểm. 
Với tàu đánh cá xa bờ, hoạt động ở vùng 
biển cách bờ đến 200 hải lý và hầu như không 
có cảng trú, hệ động lực trên các tàu này hết 
sức chắp vá và chủ yếu đã qua sử dụng, chất 
lượng còn lại thấp, thiếu các thiết bị đo lường, 
cảnh báo sự cố. Hơn nữa, do không gian buồng 
máy quá chật hẹp và thói quen sử dụng, ngư 
dân không cử người trực ca theo quy định. 
Điều đó dẫn đến giảm độ an toàn, tin cậy trong 
quá trình khai thác; hiệu quả sử dụng thấp làm 
tăng giá thành sản phẩm và đặc biệt lưu ý là có 
thể hư hỏng đột ngột trên biển gây nguy hiểm 
cho người và tàu. 
Theo thống kê chưa đầy đủ, từ tháng 1-2007 
đến tháng 9-2012, cả nước đã xảy ra 5.709 vụ 
phương tiện nghề cá gặp tai nạn và thiên tai 
trên biển, năm 2013 là trên 500 tàu. Hầu hết 
các tai nạn thương tâm của đội tàu này là do sự 
cố hệ động lực, tàu mất khả năng cơ động. 
Tính đến năm 2015 nước ta có số tàu hoạt 
động xa bờ (loại 90 CV trở lên) là 31.235 chiếc 
(với tổng công suất 7.989.700 CV, công suất 
trung bình 255,8 CV/chiếc). Số tàu này ngoài 
việc tham gia phát triển kinh tế biển còn góp 
phần quan trọng bảo vệ an ninh chủ quyền 
biển, đảo quốc gia. 
Từ các lý do trên, bài báo sẽ phân tích 
lựa chọn một số thông số cảnh báo sự cố hệ 
động lực nhằm làm cơ sở để thiết kế, chế tạo 
hệ thống thiết bị cảnh báo sự cố cho hệ động 
lực tàu cá. Đồng thời, việc cảnh báo chẩn đoán 
sớm các triệu chứng, dấu hiệu hư hỏng sẽ góp 
phần nâng cao mức độ an toàn và hiệu quả khai 
thác đội tàu đánh cá của Việt Nam. Các thông 
số được chọn giám sát sẽ được thu thập thông 
qua các cảm biến, sau đó được phân tích và so 
sánh với tiêu chuẩn an toàn cho phép. Dựa trên 
kết quả này, hệ thống sẽ đưa ra các cảnh báo 
phù hợp (bằng âm thanh, đèn tín hiệu) thông 
báo cho thuyền trưởng biết được tình trạng 
hoạt động của thiết bị để có biện pháp xử lý 
kịp thời. ¹ Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 109
II. NỘI DUNG
1. Giới thiệu về hệ động lực tàu cá
Hiện nay một số tàu cá được làm bằng vật 
liệu composite hoặc thép thay thế cho vật liệu 
gỗ truyền thống vì vậy hệ động lực của từng 
loại tàu có khác nhau một số chi tiết về lắp đặt 
nhưng nhìn chung là cơ bản giống nhau. Hệ 
động lực của tàu cá thông thường bao gồm các 
thiết bị chính như: máy chính, hộp số, hệ trục 
chân vịt, chân vịt cùng các máy móc và thiết bị 
phụ trợ khác như trên Hình 1.
Trong đó máy chính truyền mômen đến 
chân vịt thông qua hộp số đồng bộ với máy 
hoặc hộp số của hãng thứ ba và trục chân vịt. 
Kết cấu của ống bao chân vịt kiêm luôn nhiệm 
vụ làm gối đỡ, vì vậy hệ trục của tàu cá tương 
đối đơn giản vì không có các gối đỡ độc lập 
hoặc trục trung gian. Thông thường chiều dài 
hệ trục chân vịt của tàu cá < 5 m (với tàu dưới 
24 m) và được nối cứng với trục ra của hộp 
số bằng bích nối. Đường kính chân vịt nằm 
trong khoảng 80 mm – 124 mm. Bạc lót gối đỡ 
chân vịt được làm bằng vật liệu cao su. Chân 
vịt được thiết kế với số lượng cánh là 3 hoặc 4 
cánh có bước xoắn cố định và được làm bằng 
hợp kim đồng với đường kính chân vịt thông 
thường nằm trong khoảng từ 1,4 m – 2 m.
Các hệ thống phục vụ máy chính như hệ 
Hình 1. Hệ động lực tàu cá vỏ composite
thống làm mát, hệ thống dầu bôi trơn, hệ thống 
khí xả thường đi kèm đồng bộ theo máy. Một 
số tàu còn sử dụng máy chính để trích lực cho 
các thiết bị khác như máy tời thu lưới, tời neo. 
2. Cơ sở lý thuyết giám sát an toàn kỹ thuật 
hệ thống máy 
Một hệ thống máy bao gồm nhiều cụm chi 
tiết và một cụm bao gồm nhiều chi tiết tạo 
thành. Chất lượng làm việc của tổng thành sẽ 
do chất lượng của các cụm, các chi tiết quyết 
định. Các thông số kết cấu là tập hợp các thông 
số kỹ thuật thể hiện đặc điểm kết cấu của cụm 
chi tiết hay chi tiết. Chất lượng các cụm, các 
chi tiết do các thông số kết cấu quyết định: 
Hình dáng, kích thước, vị trí tương quan, độ 
bóng bề mặt, chất lượng lắp ghép Trạng thái 
tốt hay xấu của cụm chi tiết thể hiện bằng các 
đặc trưng cho tình trạng hoạt động của nó, các 
đặc trưng này được gọi là thông số ra và được 
xác định bằng việc kiểm tra đo đạc. Ví dụ: công 
suất, thành phần và nhiệt độ khí thải, nhiệt độ 
nước, dầu, áp suất dầu bôi trơn, lượng mạt kim 
loại trong dầu bôi trơn, tiếng ồn, tiếng gõ, rung 
động, tình trạng liên hợp: Máy - Vỏ - Chân vịt.
Mỗi một cụm máy đều có những thông số 
ra giới hạn là những giá trị mà khi nếu tiếp tục 
vận hành sẽ không đảm bảo tính kinh tế kỹ 
thuật hoặc không cho phép. Khi đối chiếu kết 
quả kiểm tra với các giá trị giới hạn, cho phép 
xác định, dự báo được tình trạng của cụm máy. 
110 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
Các thông số ra giới hạn do nhà chế tạo qui định 
hoặc xác định bằng thống kê kinh nghiệm trên 
loại cụm máy đó hoặc dựa vào các tiêu chuẩn. 
Chỉ cần một thông số ra vượt giá trị giới hạn bắt 
buộc phải ngừng máy để xác định nguyên nhân 
và tìm cách khắc phục. Từ đây, gọi các thông số 
ra này là thông số cảnh báo sự cố. 
Để một thông số ra được dùng làm thông 
số cảnh báo sự cố phải hội đủ ba điều kiện [3]: 
- Tính đồng biến: Thông số ra được dùng 
làm thông số cảnh báo khi nó tương ứng (tỷ lệ 
thuận) với một thông số kết cấu hoặc vận hành 
nào đó. Ví dụ: Nhiệt độ khí thải tỷ lệ thuận với 
tải trọng nhiệt của động cơ nên thoả mãn điều 
kiện đồng biến.
- Tính đại diện: Thông số ra được dùng làm 
thông số cảnh báo khi sự thay đổi của nó phản 
ánh đủ sự thay đổi của thông số kết cấu hoặc 
vận hành mà nó đại diện. Ví dụ: Áp suất dầu 
bôi trơn thấp hoặc vượt ngưỡng đủ phản ánh sự 
cố của hệ thống bôi trơn, tương ứng với sự tăng 
ma sát đột biến làm hệ thống máy tê liệt. 
- Dễ đo đạc và đánh giá: Thông thường các 
thông số ra bên ngoài hệ thống máy thì dễ đo, 
báo. Ví dụ: nhiệt độ, áp suất bên ngoài xi lanh 
động cơ; dao động hệ trục
Các thông số giám sát an toàn (thông số 
cảnh báo sự cố) máy móc cơ khí nói chung và 
hệ động lực tàu cá nói riêng về cơ bản là các 
thông số đánh giá tải trọng cơ (áp suất, ứng 
suất cơ, biến dạng cơ, công suất, mô men, dao 
động) và tải trọng nhiệt (nhiệt độ, ứng suất 
nhiệt, biến dạng nhiệt)
Người ta có thể hoặc không thể đo trực tiếp 
các thông số trên. Như vậy, các thông số không 
đo được (ví dụ: ứng suất và biến dạng trong chi 
tiết máy) sẽ được đánh giá qua các thông số đo 
được (áp suất, nhiệt độ, dao động, công suất, 
mô men). Phép đánh giá này hình thành một 
ngành khoa học hết sức hữu dụng là chẩn đoán, 
giám sát trạng thái kỹ thuật. Với sự hỗ trợ của 
các mô hình toán và phần mềm máy tính, sự cố 
của hệ thống máy sẽ được báo lỗi tự động. 
3. Lựa chọn các thông số giám sát an toàn kỹ 
thuật hệ động lực tàu cá 
Căn cứ vào cơ sở lý thuyết ở trên, việc chọn 
thông số giám sát ảnh hưởng rất nhiều đến kết 
quả giám sát và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật 
của các bộ phận trong hệ động lực tàu cá. Vì 
vậy, việc lựa chọn các thông số để giám sát 
phải căn cứ vào lý thuyết và thực tiễn cũng như 
trang thiết bị kỹ thuật hỗ trợ trong việc đo kiểm 
và giám sát nhằm đạt hiệu quả cao nhất. Theo 
số liệu thống kê (Hình 2) các tai nạn tàu cá do 
các sự cố của hệ động của tàu có công suất từ 
400CV trở lên tại Công ty bảo hiểm phi nhân 
thọ - Bảo Việt Khánh Hòa từ năm 2011 đến 
năm 2016, có thể thấy rằng:
Hình 2. Thống kê tai nạn do hệ động lực tàu cá
Trong 86 tàu được lưu trữ trong hồ sơ tai 
nạn do hệ động lực tàu cá gây ra từ năm 2011 
đến năm 2016 thì có tổng cộng 46 trường hợp 
hư hỏng là do máy chính, 14 trường hợp là do 
hộp số, 06 trường hợp là do hệ trục chân vịt, 
25 trường hợp là do chân vịt gây ra. Cụ thể đối 
với máy chính các sự cố thường gặp là do hỏng 
nắp xy lanh, trục khuỷu bị gãy, xéc măng, pis-
ton, xy lanh bị bó kẹt, lò xo xupap bị gãy, bơm 
cao áp của động cơ bị bó kẹt, đường dẫn dầu 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 111
bôi trơn bị tắt, hệ thống làm mát máy chính bị 
hỏng, nước lọt vào xy lanh qua lỗ vòi phun,.. 
Đối với hộp số các hư hỏng thường gặp là gãy 
trục hộp số, bánh răng của hộp số bị vỡ, ổ lăn 
của trục hộp số bị hỏng, đầu trục hộp số bị tuột 
ren, bu lông đầu mặt bích hộp số bị hỏng, hộp 
số thiếu dầu, nước tràn vào hộp số,.. Đối với hệ 
trục chân vịt các hư hỏng thường gặp là chân 
vịt bị biến dạng do va phải vật cứng trôi nổi 
trên biển, trục chân vịt bị gãy, rơi chân vịt [1].
Thống kê trên cho thấy, các sự cố hư hỏng 
xảy ra ở phần hệ động lực tàu cá rất phức tạp và 
do các nguyên nhân sau: áp suất dầu bôi trơn, 
nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, hư hỏng 
hộp số, hư hỏng hệ trục do dao động gây ra. Vì 
vậy, chọn các thông số giám sát phải thể hiện 
và đại diện cho các trường hợp hư hỏng này.
3.1. Thông số giám sát an toàn kỹ thuật máy 
chính
(1) Áp suất dầu bôi trơn
Hình 3. Hệ thống bôi trơn [2] .
Theo sơ đồ trên hình 3, nếu áp suất dầu bôi 
trơn chỉ thị ở đồng hồ 7 nằm ngoài ngưỡng là 
do các nguyên nhân:
- Dưới mức cho phép: 
+ Thiếu dầu bôi trơn: Dầu mất độ nhớt do 
quá hạn, lẫn nước hoặc nhiên liệu
+ Hỏng bơm số 5: Tắc lọc, đường ống trước 
hoặc vỡ đường ống sau đồng hồ
+ Khe hở các cặp lắp ghép vượt quá mức 
cho phép
- Vượt ngưỡng cho phép:
+ Dầu bôi trơn quá đặc
+ Tắc đường ống sau đồng hồ
Hậu quả là: chỉ trong một thời gian rất ngắn, 
các cặp lắp ghép ma sát bị phá hủy, đặc biệt 
các ổ đỡ trục khuỷu, động cơ bị tê liệt hầu như 
không thể khắc phục. Như vậy, áp suất dầu bôi 
trơn là thông số cảnh báo số cần thiết để giám 
sát tình trạng kỹ thuật của máy chính.
(2) Nhiệt độ nước làm mát
Hình 4. Hệ thống làm mát [2] .
112 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
 Theo sơ đồ hình 4, nếu nhiệt độ nước tại 
nhiệt kế 15 vượt ngưỡng do các nguyên nhân:
- Thiếu nước ngọt trong két 16 hoặc hỏng 
bộ điều tiết nhiệt 19
- Hỏng bình sinh hàn 20 hoặc hỏng bơm 
nước mặn 5
- Động cơ quá tải
Hậu quả là: Động cơ bị quá tải nhiệt, biến 
dạng, nứt vỡ nắp xi lanh, sơ mi xy lanh, phá 
hủy màng dầu bôi trơn dẫn đến cháy bề mặt 
ma sát, động cơ ngừng hoạt động và việc khắc 
phục sự cố đặc biệt khó khăn hoặc không thể 
khắc phục. Vì vậy, nhiệt độ nước ngọt làm mát 
động cơ được coi là thông số cảnh báo sự cố.
 (3) Nhiệt độ khí xả
Nhiệt độ khí xả của động cơ diesel đồng 
biến theo theo tốc độ và tải của động cơ [5] 
Trên hình 5: Nhiệt độ khí xả vượt ngưỡng 
cho phép hầu hết là do quá tải, ngoài ra còn có 
thể do sai lệch góc phun sớm, nứt miệng vòi 
phun gây cháy rớt. Hậu quả là gây quá tải nhiệt 
hoặc cả cơ và nhiệt gây biến dạng, nứt vỡ nắp 
và sơ mi xy lanh, động cơ ngừng hoạt động và 
việc khắc phục cực kỳ khó khăn hoặc không 
thể khắc phục khi thiếu phụ tùng thay thế và 
dụng cụ chuyên dùng.
Hình 5. Đặc tính nhiệt độ khí xả theo tải động cơ YANMAR
(4) Dao động của vỏ máy
Đối với động cơ máy chính tàu cá nếu có 
số vòng quay lớn hơn 200 vòng/phút thì chọn 
thông số giám sát là biên độ của vận tốc dao 
động ngang được đo trên vỏ của máy chính 
(cả phần bên trên và dưới của vỏ máy). Thông 
số này phải nằm trong giới hạn cho phép là 
15mm/s, trong miền tần số 4Hz-200Hz [4].
3.2. Thông số giám sát an toàn kỹ thuật hộp số
Thông số cảnh báo sự cố hộp số được chọn 
là áp suất dầu, đây là thông số đảm bảo sự làm 
việc của hệ điều khiển thủy lực. Ngoài ra, các 
sự cố về hệ cơ (khớp nối, bánh răng, ổ đỡ) 
được giám sát bởi thông số vận tốc dao động 
ngang trong vùng tần số 4Hz-1KHz với biên độ 
giới hạn là 7mm/s [4].
3.3. Thông số giám sát an toàn kỹ thuật hệ trục 
chân vịt
Hệ trục giống như xương sống của con tàu 
và có vai trò hết sức quan trọng quyết định đến 
năng lực hoạt động của tàu. Trong một chừng 
mực nhất định, độ tin cậy của hệ trục quyết 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 113
định độ tin cậy của toàn bộ thiết bị năng lượng 
tàu, vì vậy, cần đặc biệt chú ý đến các vấn đề 
thiết kế, chế tạo, lắp ráp cũng như sử dụng hệ 
động lực tàu. Sự cố khi vận hành khai thác hệ 
trục thường dẫn đến các công việc sửa chữa rất 
phức tạp và có thể là nguyên nhân gây ra nạn 
đắm tàu khi gặp gió bão.
(1) Dao động hệ trục
- Nguồn kích động
+ Từ máy chính: Khi động cơ hoạt động, 
các lực và mô men tác động lên cơ cấu truyền 
lực (piston, thanh truyền, trục khuỷu) gồm: Áp 
lực khí cháy, lực quán tính, trọng lực của các 
chi tiết, lực ma sát, phản lực liên kết của các 
chi tiết. Trong đó, đáng kể nhất là lực khí cháy, 
lực quán tính và phản lực. Chúng là nguồn kích 
động gây dao động của trục khuỷu. Thành phần 
gây ra lực quán tính chuyển động quay (do khối 
lượng của cổ biên, má khuỷu và phần tham gia 
chuyển động quay của thanh truyền gây ra) đặt 
tại tâm cổ biên. Lực này tác dụng trực tiếp lên 
trục khuỷu và phản lực tại ổ đỡ, là nguồn gây 
dao động của trục khuỷu nói riêng và hệ trục 
nói chung. 
+ Từ hệ trục chân vịt: Hệ trục tàu cá bao 
gồm mặt bích hộp số, trục chân vịt, chân vịt 
và ổ đỡ trục, trong đó trục chân vịt là bộ phận 
cơ bản quan trọng nhất, đóng vai trò trung gian 
giữa máy chính và thiết bị đẩy trong toàn bộ 
hệ động lực. Trục có chức năng truyền mômen 
xoắn từ máy chính đến thiết bị đẩy (chân vịt) 
và nhận lực đẩy của chân vịt truyền qua gối đỡ 
chặn đến kết cấu thân tàu để khắc phục sức cản 
của nước làm cho tàu chuyển động theo một 
hướng xác định. Chân vịt hoạt động trong trạng 
thái chịu lực và mô men rất phức tạp và luôn 
không ổn định là nguồn gây dao động hệ trục.
+ Từ dao động vòm đuôi vỏ tàu: Dao động 
vòm đuôi tàu do nhiều nguyên nhân như sự 
hoạt động của chân vịt, áp lực nước, hiệu ứng 
hồi chuyển của các thiết bị trong buồng máy, 
độ chính xác trong chế tạo và lắp đặt hệ trục, 
tình trạng kỹ thuật hệ trục.
- Thông số cảnh báo được chọn là biên độ 
của vận tốc dao động ngang, không chọn dao 
động xoắn vì khó đo và đòi hỏi thiết bị đắt tiền. 
Vận tốc dao động phản ánh độ đồng tâm của hệ 
trục, khe hở lắp ghép trục và ổ đỡ,.. Như thế, 
nếu biên độ vận tốc dao động vượt ngưỡng cho 
phép thì chắc chắn sẽ xảy ra sự cố hệ trục. Đối 
với hệ trục tàu cá thông thường không có gối 
đỡ độc lập vì vậy phần dao động của hệ trục sẽ 
được đo và giám sát thông qua hộp số như đã 
trình bày ở mục 3.2. 
(2) Nhiệt độ gối đỡ
Nhiệt độ gối đỡ phản ánh trạng thái ma 
sát giữa trục và ổ đỡ: Khe hở lắp ghép và tình 
trạng bôi trơn, nhiệt độ này vượt ngưỡng sẽ gây 
sự cố hệ trục. Đối với hệ động lực không có 
gối đỡ trung gian như tàu cá thì không sử dụng 
thông số này.
Như vậy các thông số được lựa chọn để 
cảnh báo sự cố hệ động lực tàu cá bao gồm: 
- Máy chính: Áp suất dầu bôi trơn, nhiệt độ 
khí xả, nhiệt độ nước làm mát, dao động của 
vỏ máy.
- Hộp số: Áp suất dầu thủy lực; Dao động 
trục hộp số.
- Hệ trục chân vịt: Dao động hệ trục.
Việc chọn các thông số trên để giám sát hệ 
động lực tàu cá xa bờ về cơ bản sẽ phát hiện và 
chẩn đoán được sớm các triệu chứng hư hỏng 
của hệ động lực giúp tàu hoạt động an toàn và 
hiệu quả. 
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bảo hiểm phi nhân thọ - Bảo Việt Khánh Hòa – hồ sơ lưu trữ.
2. Phùng Minh Lộc (2015), Động cơ đốt trong tàu thủy, Đại học Nha Trang.
3. Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành (2012), Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật, Trường Đại học Bách 
Khoa Đà Nẵng.
4. Det Norske Veritas, Vibration class: Part 6 chapter 15 2004, Norway 2011
5. K. Mollenhauer, H. Tschoeke, Handbook of Diesel Engines, DOI 10.1007/978-3-540-89083-6, Springer-
Verlag Berlin Heidelberg 2010.